绪论
1.1课题研究的背景与意义
1.1.1课题来源
本课题来源于国家超细粉体中心承接的国防科技基础产品创新计划项目①。该项目主要是为了改变物质的生产工艺过程，项目的主要承接方国家超细粉体中心设计并制造了一套新式物质的制造新工艺，该新工艺包括连续混合吸收、连续脱水、连续混合熟化、压延塑化等过程。本课题研究的主要内容是为新工艺流程的第一个阶段——连续吸收阶段进行三维仿真，主要的核心研究对象是连续吸收阶段中使用的特殊彼此关联的搅拌设备——两个预混槽和一个连续吸收器，以及吸收器内部的物理过程。1.1.2课题背景与意义随着国际形势以及周边环境的日益复杂，国家军队规模的不断发展壮大，进行的军事演习及实弹训练不断增多，在武器方面的不断创新，导致了武器弹药方面的需求不断增加。
为了满足军事方面R益增长的数量需求，急需要实现各种含能材料的大批量生产，同时对含能材料等危险品生产的可靠性、高效性及安全性等提出了极高的要求。目前，我国固体推进剂吸收药的制造仍然采用前苏联五六十年代传统的间断搅拌吸收和喷射吸收两种传统工艺。无论是间断搅拌吸收还是喷射吸收都存在设备过于庞大、占地面积广、占用工房多、效率低、生产不连续等弊病，整个工艺过程需要数小时才能完成。更严重的是无法解决高估含量的吸收药成分分层、吸收质量不均勻，并且不稳定的问题，这严重影响了吸收药的质量。对解决这一类问题没有先进的技术手段。在国外，德国、法国、俄罗斯等国家已经利用流能粉碎来进行吸收药的制造，取代了传统落后生产工艺[1]。
吸收药的质量得到一定的提高。近年来，国内也在流能粉碎方面做了大量的研究工作，发现流能粉碎只适合用于制造固体含量较低的吸收药，而对于固体含量在30%?75%的吸收药，因吸收时间短造成固体颗粒分散不均匀，物料在出料储存槽以及揽拌设备中容易沉底分层，不能保证产品质量为了改变各种含能材料生产过程的这些弊端，国家粉体中心提出了一套新式含能材料的制造新工艺，在新工艺中采用一整套的自制设备实现各种含能材料的制造工艺过程。该新工艺隶属于国防科工局火炸药专项的科技创新项目，新工艺中，人不需要直接接触用于生产危险物质的原料，只需要在控制间对各种设备进行控制，待每个阶段达到标准后启动进入下一阶段的过程，并且整个新工艺流程是连续进行的。这样极大地减少了人力物力的消耗，将生产含能材料的工作环境由危险转为基本安全，并且极大地提高了产品的生产效率，该项目获得国家科技进步二等奖。但这套新工艺的设备是国家超细粉体中心的项目组成员凭借多年对搅拌设备的深入研究以及丰富的实验模拟结果的研究幵发的。因此，设备的各结构参数以及实验中的操作条件对各阶段效率的影响关系还没有一个确定的理论模型和先进的模拟仿真技术环境，因此暂时无法通过确切的理论依据和模拟仿真手段对新工艺各个阶段的可行性、先进性与高效性进行分析以及模拟仿真验证。随着3D仿真技术的飞速发展和广泛应用，为新工艺各个阶段幵发一套3D仿真系统就成为一件意义重大的任务。
本课题研究的内容是新工艺流程的第一个阶段——连续吸收阶段，而连续吸收阶段使用的核心设备属于一种特殊类型的关联搅拌设备系统。然而，考虑开发的3D仿真系统的通用性以及可扩展性，该系统并没有把仿真对象局限在特定的设备而是把模拟对象的范围扩大到一类设备组成的系统，即以所有类型的搅拌设备为模拟对象开发一套3D仿真系统，并利用其实现对不同类型的搅拌设备内部的物料混合过程进行交互式的3D仿真，再现关联搅拌设备系统中各个环节的动态工作状况。通过观察物料在不同类型的搅拌设备中的3D這染效果，寻找比较适合的搅拌设备模型。此外，利用3D仿真系统进行预模拟也可以提前预测在实际操作中可能出现的危险情况，从而降低在实际生产中的材力物力损耗，缩短选择最佳搅拌设备模型的周期，促进3D仿真技术在化工、医药、食品、涂料等行业中的快速发展，同时也为社会创造了极高的社会价值，促进了 3D仿真技术在其他行业的广泛应用。
1.2国内外研究现状
1.2.1 OGRE的研究现状
OGREI3是以Steve Streeting为发起者进行开发的3D這染引擎自OGRE引擎问世后，各研究机构及教育机构都兴起了对OGRE引擎研究的热潮，尤其国内外的一些知名院校在OGRE方面进行广泛深入的研究与应用。杨波主要利用视景仿真技术，重点研究了在OGRE引擎下实时、逼真的视景生成技术和方法，并将其应用到在火箭视景仿真系统中。戴唐云利用三维建模软件3DSMAX和OGRE這染引擎，对视景仿真技术进行了深入研究，并将其应用到火箭视景仿真系统中。Zhenfeng Han. .Tie Zhao基于OGRE图形引擎技术，为搜索和救援机器人开发了一套跨平台的低成本高保真的模拟器，该模拟器被用来研究搜索和救援机器人在颠艇路面上的运动计划[5]。赵灿利用OGRE引擎技术实现了红外场景的动态仿真。王波根据红外成像系统模型，利用OGRE图形渲染引擎技术的合成器框架，实现了红外成像系统各
2连续吸收搅拌设备系统的相关理论 .............7
2.1连续吸收阶段的理论基础 .............7
2.2搅拌设备2.3本章小结3连续吸收揽拌设备系统三维仿真的整体设计............. 14
3.1三维仿真系统的需求分析 .............14
3.2三维仿真系统的功能分析 .............15
3.3固体组份预混槽2管理子模块的设计 .............16
3.4连接管道模块的设计 .............17
3.5本章小结 .............17
4连续吸收搅拌设备系统关键模块设计与算法实现 .............18
4.1关键模块设计与关键类设计............. 18
4.2连续吸收搅拌设备系统的建模 .............22
4.3左右预混槽及管道模型的渲染及粒子系统实现 .............25
总结
本论文利用三维图形开源引擎OGRE及建模软件3DS MAX仿真技术开发了一套应用于模拟搅拌设备内部物料混合过程的三维仿真系统。在该三维仿真系统中，对多个搅拌设备内部的物料混合及这些设备之间传输物料的连接管道进行仿真，观察搅拌设备与连接管道中的物料混合、传输的三维渲染效果，从而判断物料是否达到理想的混合吸收效果。本论文是在文献[68]中实现连续吸收器部分物料混合模拟的基础上进行进一步的研究，自此，本文中完成的具体研究成果如下所示.
1.分析研究三维引擎在国内外的研究现状及粒子系统的研究状况。
2.分析各搅拌设备模型及它们之间连接管道的结构关系，并建立左右预混槽、左右搅拌器、左右预混槽与连续吸收器连接的管道的三维仿真模型。
参考文献
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